DNA-forskning åbner for ukendte områder af menneskets arvemasse – Københavns Universitet

sund.ku.dk > Nyheder > 2017 > DNA-forskning åbner fo...

18. maj 2017

DNA-forskning åbner for ukendte områder af menneskets arvemasse

DNA

Ny forskning fra Københavns Universitet kaster lys på arvemassens såkaldte ”mørke stof”, der indtil nu er blevet betragtet som affalds-DNA. Resultatet viser, at de nyfundne DNA-elementer rummer stort potentiale til en bedre forståelse af en lang række sygdomme.

Ved hjælp af avancerede computer-algoritmer har forskere fra Københavns Universitet, Herlev Universitetshospital, DTU og University of Washington, Seattle udforsket ukendte dele af menneskers og hvirveldyrs arvemasse. Studiet bliver snart offentliggjort i det internationalt anerkendte videnskabelige tidsskrift Genome Research.

Den sundhedsvidenskabelige forskning har traditionelt fokuseret på den ca. ene procent af de 3 milliarder byggesten i genomet, der koder for proteiner, mens de resterende 99 procent er blevet betragtet som såkaldt junk-DNA eller det ”mørke stof”. Det skyldes, at det hidtil har været svært at undersøge andet end de proteinkodede gener, der er evolutionært velbevarede og dermed lettere at aflæse og analysere. 

”Ved brug af avancerede algoritmer får vi et mere fyldestgørende billede, end med klassiske metoder. Det er således blevet muligt at analysere RNA strukturmønstre, og det åbner for helt nye perspektiver på sygdomme” siger Jan Gorodkin, der er projektansvarlig og leder af Center for non-coding RNA in Technology and Health, og professor ved Institut for Veterinær- og Husdyrvidenskab på Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet.


Faktaboks

DNA er det genetiske materiale, der findes i alle levende celler og indeholder opskriften på bl.a. celle-reproduktion og produktion af proteiner. DNA er det informationsbærende molekyle, hvorfra RNA molekyler dannes. De RNA molekyler, der koder for proteiner er nemmere at analysere end de øvrige, det ikke-kodende RNA. Det skyldes, at RNA molekylerne folder op i strukturer, når byggestenene i molekylet passer sammen. Ny forskning gør det muligt at ”åbne” strukturerne i RNA’et og analysere hidtil ukendte mængder af information

De teknologiske landevindinger har helt konkret gjort det muligt at identificere ca. 500.000 nye genomiske regioner, der indeholder helt nye mængder af information om, hvordan den menneskelige og hvirveldyrs arvemasse er opbygget. Bestemte områder af genomets DNA er gener, hvoraf nogle koder for proteiner, mens andre er ikke-kodende. Gennem evolutionen er generne nedarvet fra art til art, men ved hver nedarvning sker der variationer, og de kodende regioner er dem, der er bedst bevaret.

”I modsætning til protein-kodende gener, kan selve sekvensen af DNA’et i de ikke-kodende RNA gener variere gennem evolutionen, mens RNA molekylets struktur er uforandret. Og det er netop strukturen, der er essentiel for funktionen af molekylet. De særligt udviklede algoritmer har gjort det muligt at afdække og analysere denne type af information fra de ”mørke” gener” siger adjunkt Stefan Seemann, der har ført an i det enorme analysearbejde. Et udvalg af de computeridentificerede RNA strukturer har også været efterprøvet eksperimentelt i professor Henrik Nielsens laboratorie ved Institut for Cellulær og Molekylær Medicin på Københavns Universitet. 

For at gennemføre studiet var det nødvendigt at gøre intenst brug af computerberegninger. ”De avancerede algoritmer kommer med en omkostning, nemlig at de er beregningstunge. Beregningerne i projektet har taget mere end 150 CPU kerne år, hvilket svarer til at en enkelt processor kører i 150 år”, siger Jan Gorodkin.


Faktaboks

Mennesket og hvirveldyrs arvemasse – genomer - består af ca. 3 milliarder byggesten, hvoraf kun ca. 1% koder for proteiner. De ca. 99% af byggestenene har tidligere været betragtet som junk-DNA, og de har som udgangspunkt været afskåret fra at indgå i sygdomsforståelse. De senere års forskning peger dog i retning af, at der er andre typer af gener end de protein-kodende i det såkaldte junk DNA - de ikke-kodende RNA gener. Junk DNA’et er også kaldet for genomernes ”mørke stof”, fordi dets rolle ikke er afdækket.

Forskningen åbner for nye opdagelser
De ikke-kodende RNA gener har ofte en meget lav aktivitet, og derfor har forskerne benyttet en særlig følsom sekventeringsteknologi til at studere et udsnit af de regioner, hvor det ikke-kodende RNA bliver dannet. Med denne metode lykkedes det forskerne at påvise mere end 600 forskellige RNA-molekyler fra gener med lav aktivitet i fosterhjerner. Opdagelsen styrker formodningen om, at hjernen koder for mange flere genprodukter end forventet. Denne del af studiet blev gennemført af professor Niels Tommerups forskningsgruppe ved Institut for Cellulær og Molekylær Medicin fra Københavns Universitet og professor Flemming Pociots forskningsgruppe fra Herlev Hospital.

”Det faktum, at vi finder helt nye RNA molekyler i hjernevæv, der indeholder evolutionært bevaret RNA struktur tyder på, at de må have vigtige funktioner. Vi kan nu begynde at undersøge, hvordan disse ikke-kodende RNA gener er involveret i både den normale hjerneudvikling og funktion, og hvilke roller de har i de mange hjernesygdomme, vi kender” udtaler professor Niels Tommerup.

Forskningen afslører desuden, at mange af de evolutionært bevarede ikke-kodende RNA strukturer ligger sig tæt op ad de gener, hvis funktioner allerede er afdækket. Netop samspillet mellem de forskellige elementer kan hjælpe forskerne med at forstå, hvordan generne spiller ind i diverse former for sygdomsudvikling. Disse analyser blev gennemført af Stefan Seemann i samarbejde med blandt andre forskningsgrupper ledet af professor Christopher Workman fra DTU og professor Walter L. Ruzzo fra University of Washington

Gennem studiet har forskerne fundet nye sammenhænge, der kan bruges til yderligere at udforske sygdomsassociationerne i det ”mørke stof”. Samtidig bidrager de fundne RNA strukturer til en bedre forståelse af produktionsdyrs genomer, hvilket kan på sigt kan bruges til at udvikle modeldyr til sygdomsstudier.

Projektet er støttet med en hovedbevilling fra Innovationsfonden og bevilling fra Lundbeckfonden. Computerberegningerne er muliggjort via en bevilling fra det tidligere Dansk Center for Scientific Computing og adgang til den danske supercomputer, Computerome.

Læs hele studiet i Genome Research her: http://genome.cshlp.org/content/early/2017/05/08/gr.208652.116.full.pdf+html 

Kontaktoplysninger

Professor Jan Gorodkin
Institut for Veterinær- og Husdyrvidenskab,
Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet
Telefonnummer: 35 33 35 78

Kommunikationsrådgiver Andreas Westergaard
Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet
Mailadresse: andreas.westergaard@sund.ku.dk
Telefonnummer 53 59 32 80